Как образуются землетрясения, как они измеряются и что объясняет тектоника плит

Землетрясения — это обычная часть того, как ведет себя внешняя оболочка Земли, а не случайная или непредсказуемая аномалия. Согласно Геологической службе США (USGS), земная кора разбита на крупные части, называемые тектоническими плитами, которые медленно движутся, скользят друг мимо друга и сталкиваются. Большинство землетрясений происходят вдоль разломов — линий разломов в скалах — расположенных на границах между этими плитами или вблизи них.

Что на самом деле происходит под землей

USGS описывает этот процесс как трёхэтапный механизм, известный как упругий отскок. Во-первых, когда тектонические плиты движутся, шероховатые, зубчатые края разлома прилипают друг к другу, даже хотя остальная часть плиты продолжает двигаться, поэтому напряжение и энергия накапливаются в окружающей скале. Во-вторых, как только накопленная сила наконец превышает трение, удерживающее края разлома вместе, скала внезапно проскальзывает. В-третьих, накопленная энергия высвобождается в виде сейсмических волн, которые встряхивают землю — это землетрясение, которое люди чувствуют.

Сейсмическая активность часто происходит последовательно. USGS отмечает, что меньшие толчки, называемые предварительными толчками, могут предшествовать более крупному основному толчку, хотя они определяются как предварительные толчки только в ретроспективе, и что толчки после основного толчка — меньшие землетрясения, следующие за основным толчком — могут продолжаться неделями, месяцами или даже годами. Несмотря на понимание механизма, USGS прямо заявляет, что ученые не могут предсказать, когда произойдет землетрясение, даже в районах, где они знают, что землетрясения вероятны.

Три типа границ плит, три типа землетрясений

Тектонические плиты взаимодействуют тремя различными способами, и каждый производит различный тип землетрясений, согласно NOAA Ocean Exploration и USGS. На дивергентных границах плиты отходят друг от друга, и магма поднимается, образуя новую океаническую кору; землетрясения часто встречаются там, со Срединно-Атлантическим хребтом в качестве примера. На конвергентных границах плиты сталкиваются — одна часто скользит под другой — производя мощные землетрясения вместе с горными цепями, глубоководными впадинами и вулканическими цепями, паттерн видим вокруг Тихоокеанского огненного кольца. На трансформных границах плиты скользят друг мимо друга боком, не создавая и не разрушая кору, производя землетрясения через трение; Разлом Сан-Андреас в Южной Калифорнии — это стандартный пример.

Как сейсмологи записывают и измеряют землетрясение

Землетрясения обнаруживаются через глобальную сеть сейсмографов, в которой каждая станция измеряет движение земли на своей собственной станции, объясняет USGS. Основной инструмент — это сейсмометр — обычно маятник или масса, установленная на пружину — размещенные в сейсмографе, который записывает вибрации, когда скала скользит и энергия излучается наружу волнами от эпицентра.

Сейсмологи различают два отдельных измерения. Магнитуда описывает размер землетрясения в его источнике и является одним и тем же числом независимо от того, откуда оно измеряется. Интенсивность, измеряемая по Модифицированной шкале интенсивности Меркалли, описывает дрожание и ущерб, ощущаемые в конкретном месте, которые изменяются в зависимости от расстояния от источника и местных условий грунта.

Шкала Рихтера в сравнении с моментной магнитудой

Шкала магнитуды, о которой большинство людей слышали — шкала Рихтера — была разработана Charles Richter в 1930-х годах для измерения землетрясений в Южной Калифорнии с использованием расположенных поблизости станций сейсмографов; технически она была известна как ML, для 'локальной магнитуды', согласно USGS. Она измеряет самое большое отклонение, или амплитуду, зафиксированное на конкретном приборе, называемом сейсмограф Вуда-Андерсона.

По мере расширения сетей сейсмографов по всему миру, исследователи обнаружили, что метод Рихтера был действителен только для определенных диапазонов частот и расстояний, и он не мог правильно зарегистрировать самые низкие частотные волны, производимые самыми крупными землетрясениями — ограничение, известное как насыщение. Сейсмологи позже ввели шкалу моментной магнитуды (Mw), которая, по словам USGS, основана на физической величине 'момента' — количество смещения на разломе, умноженное на площадь поверхности разлома, которая сместилась — что делает её действительной для всего диапазона размеров землетрясений. USGS теперь сообщает магнитуды землетрясений, используя моментную магнитуду.

Как часто происходят землетрясения?

Землетрясения происходят намного чаще, чем думает большинство людей. Национальный центр сейсмической информации USGS обнаруживает примерно 12 000–14 000 землетрясений в год. IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology) отмечает, что количество обнаруженных землетрясений возросло с течением времени в основном потому, что сети сейсмометров стали более чувствительными, а не потому, что сами землетрясения стали более частыми.

Поскольку шкала моментной магнитуды логарифмична, IRIS заявляет, что для каждого целого шага вверх по магнитуде, годовое количество зафиксированных во всем мире землетрясений уменьшается примерно в десять раз, в то время как выделяемая энергия увеличивается примерно в тридцать раз.

Почему это важно

Понимание того, что землетрясения являются предсказуемым побочным продуктом постоянного движения плит — а не изолированными, необъяснимыми событиями — является основой для карт опасности, строительных норм и систем раннего предупреждения, используемых во всем мире. Структура границы плит от USGS и NOAA также объясняет, почему определенные регионы, такие как Тихоокеанское огненное кольцо или зона Разлома Сан-Андреас, повторяют землетрясения на протяжении геологического времени, хотя ни одно отдельное событие не может быть предсказано заранее.